Какво е LOFAR-BG?

Свръх-модерният LOFAR телескоп е уникален със способността си както да наблюдава голяма част от небето, така и да се използва за изследване на много различни феномени, за разлика от традиционните оптични телескопи. Друга особеност на LOFAR наблюденията са огромното количество генерирани данни – около 3 Gb/s на станция. Това е предизвикателство, но и възможност за развитие на нови технологии за обработка, съхранение, и анализ на Big Data наблюдения. Понастоящем в Холандия има общо 40 LOFAR станции, а в Европа още 13 станции. Сега се строят още две станции – в Латвия и Италия. LOFAR-BG ще е първата станция в Югоизточна Европа. Освен това, голямото й отстояние от другите станции ще позволи на телескопa да увеличи значително ъгловата си резолюция.

Създаване на българска LOFAR станция и участие в мрежата на LOFAR ще даде отлична възможност на български учени и студенти да се развиват и допълнят отличните си оптични изследвания с авангардни радио наблюдения. Тази уникална инфраструктура ще спомогне международни сътрудничества, развитие на научните ни компетенции в областта, и трансфер на високотехнологични знания към индустрията.

Изграждането на LOFAR станция в България ще позволи на българските учени да участват в изследвания върху епохата на рейонизация на ранната Вселена, проучване на краткотрайни, и далечни извънгалактични радио-източници, физиката на слънцето, космическото време и космическият магнетизъм. В геофизиката, тя ще позволи изучаването на космически лъчи, йоносферната динамика, сеизмичната активност, и физиката на мълниите. Това ще създаде възможност за развитие и участие в международни изследвания и публикации в тези области на науката, за защита на докторати в тези области, и цялостно повишаване нивото на астрофизиката и геофизиката ни.

LOFAR-BG – част от Национална пътна карта за научна инфраструктура 2020-2027 г.

През май 2020 година, проектът за инфраструктурен комплекс LOFAR-BG, координиран от Института по астрономия с Национална астрономическа обсерватория (ИА с НАО), беше одобрен за включване в актуализираната Национална пътна карта за научна инфраструктура 2020-2027 г. (НПКНИ), създадена и поддържана от Министерството на образованието и науката. Понастоящем, националният консорциум за управление на проекта включва и Катедра „Катедра Радиокомуникации и видеотехнологии“ на Технически университет-София, както и Катедра „Астрономия“ на СУ „Св. Климент Охридски“ и Катедра „Астрономия“ на ШУ „Епископ Константин Преславски“. В бъдеще планираме разрастване на консорциума с нови партньори.

Проектът предвижда през следващите 13 години да се изгради и развие българска наблюдателна станция на LOFAR, както и висок човешки научен потенциал за провеждане на специализирани астрофизични и геофизични изследвания с българската станция и целия LOFAR телескоп.

В допълнение, проектът ще допринесе за развитие на научния и инженерния потенциал, за обезпечаване на хардуерна и софтуерна поддръжка на телескопа, обработка и съхранение на петабайтови обеми от наблюдателни данни и автоматизиран анализ с изкуствен интелект. Предвижда се и активно сътрудничество и обмен на ноу-хау с бизнеса, както и популяризация на радиоастрономическите изследвания.

Научните задачи на LOFAR-BG

Със своите изследвания, българската астрономическа общност покрива всички сфери на модерната астрономия и астрофизика. Една станция на LOFAR в България би била много полезна в редица аспекти, не само с факта, че ще издигне страната ни на световната научна сцена и ще отвори врати за още повече чуждестранни сътрудничества и колаборации. Българските учени ще могат да използват данните, добити чрез радионаблюдения с LOFAR, за разширяване и допълване на картината в собствените си проучвания.

Като станция част от интерферометричен масив от антени, LOFAR-BG ще изпълнява задачи, идентични с тези на останалите станции, разположени в Европа и ще работи заедно с тях. Това означава, че желаещите да използват наблюдателно време на LOFAR, могат да кандидатстват за такова по съответния ред, определен от Astron, или да разчитат на отредените на LOFAR-BG за самостоятелна работа дни.

Изследванията на LOFAR са съсредоточени в т.нар. Ключови научни проекти (Key Science Projects), които обединяват научните екипи с работата си върху тях. KSP засягат „Епохата на рейонизация в ранната Вселена“, „Проучвания на звездното небе“, „Краткотрайни източници“, „Наука за Слънцето и космическо време“ и „Космически магнетизъм“. Учените от всички държави, опериращи LOFAR станции, имат възможност да се включат активно в тези проекти със свои изследвания и наблюдателни задачи.

Нашата държава има дългогодишни традиции при наблюденията в оптичния диапазон, които до момента се правят основно с телескопите в най-големия научен комплекс на Балканите –  Национална астрономическа обсерватория „Рожен“. От скоро това става и с автоматизирания 35-сантиметров телескоп на Студентска астрономическа обсерватория „Плана“, опериран от Катедра Астрономия към Софийски университет „Св. Климент Охридски“. Както споменахме, българските астрономи покриват всички сфери от науката за космоса, така че широкият спектър от астрофизични задачи, достъпни за една нискочестотна радио обсерватория тип LOFAR, ще даде възможност за силно по-нататъшно развитие на българската астрономия.

Едни от най-силно застъпените в България научни въпроси спадат към няколко Ключови научни проекта – „Краткотрайни източници“, „Наука за Слънцето и космическо време“, а така също „Проучвания на звездното небе“.

Краткотрайни източници

Голяма част от космическите обекти във Вселената са по един или друг начин променливи, с кратки интервали на променливост – симбиотични звезди, различни видове активни галактични ядра, рентгенови двойни звезди, и др. Тяхното изучаване е обект на интерес от страна на много астрономи в България, не само заради предизвикателствата, които физиката зад тези обекти поставя пред учените.

Следейки този тип обекти с оптични телескопи, ние разкриваме тайните им. Голяма част от тяхното излъчване обаче остава скрито за очите на българския астроном. LOFAR е една чудесна възможност страната ни да стане активен участник в радио наблюденията на променливите източници в небето, от които така или иначе множество учени тук се интересуват. Огромната научна продукция, публикуваща се в престижни журнали и в колаборация с международни екипи доказва, че България е готова да управлява подобно съоръжение и да използва неговия пълен потенциал.

Наука за Слънцето и космическо време

Голяма част от слънчевото излъчване е в радиодиапазона, като наблюдавано в тази част от електромагнитния спектър то може да показва активност дори и когато в оптичния или други диапазони изглежда в спокойно състояние. Това, в комбинация с ускорени частици от силно енергетични събития, е от съществена важност.

Бъдещите астронавти с мисии до Марс, а някой ден и по-далеч, ще бъдат постоянно бомбардирани от космически частици. Ако искаме тези изследователи да оцелеят в междупланетното пространство, трябва да разберем колкото се може повече за нашата звезда и нейното влияние и взаимодействие с космическата среда. Физиката, управляваща слънчевите процеси, е изключително важна, поради прякото ѝ влияние върху междупланетното пространство, Земята и човека.

Две са основните институции в България, които проучват космическото време и влиянието на Слънцето върху Слънчевата система – Институт по астрономия с Национална астрономическа обсерватория „Рожен“ към Българска академия на науките и Институт за космически изследвания и технологии, също част от Българска академия на науките. LOFAR-BG ще предостави независимост и свобода на българските физици и астрономи, които ще имат възможност сами да подбират наблюдателната си програма и своите задачи. Това от своя страна ще увеличи и тяхната продуктивност. По този начин България ще бъде директен участник в развиването на една от най-модерните космически науки с пряко влияние върху човешкия живот.

Проучвания на звездното небе

Формиране на галактики, звездни купове, дифузни облаци, звездообразуване и черни дупки – това са само част от нещата, които вълнуват българските учени и за които LOFAR би бил полезен. Оптичните наблюдения не биха могли да отговорят на всички въпроси, които си задаваме в тази сфера на астрономията и един радиотелескоп ще затвърди конкурентоспособността на българската научна общност.

Режимът на работа в ниски честоти и голямото зрително поле на LOFAR правят този инструмент подходящ за редица проучвания (surveys) на небесната сфера в радиодиапазона.

Разбира се, това не са единствените интереси на българските астрономи, а само част от тематиките, които най-силно ги вълнуват. Поставянето на една LOFAR станция в България несъмнено ще събуди интереса на повече млади учени към радиоастрономията и ще привлече астрономи от разнообразни тематики към нови и предизвикателни за тях Ключови научни проекти.

Принос на LOFAR-BG за науката на национално и европейско ниво.

Състояние на науката в България

По същество науката е интернационална и нейното развитие следва да се следи въз основа на международно признати показатели. Съгласно най-авторитетната база данни – Web of Science (WoS): през последните десетилетия България непрекъснато и трайно губи позиции по отношение на броя на международно видимите научни публикации. От 35-то място през 1990 г. нашата страна минава през 44-то място през 2000 г., а като член на ЕС достига до 51-во място през 2007 г. и до 59-то място през 2016 г. Подобен е ходът на класацията по брой цитирания, който е свързан с качеството на научната дейност.

Силните страни в областта на научните изследвания в България са свързани основно с човешките ресурси. Независимо от хроничното недофинансиране в страната съществуват отделни силни центрове и научни групи, както в научните организации, така и във висшите училища. Български учени са все още сред водещите в много традиционно силни области, които според броя публикации през последните пет години, реферирани в Web of Science, са редица дисциплини, сред които и  приложна физика, приложна математика, физикохимия, физика на елементарните частици и физика на полето, астрономия и астрофизика, оптика, интердисциплинарна физика, ядрена физика и др. В различни висши училища и научни организации силни изследователски групи работят в различните области на обществените науки. Този потенциал трябва да се запази и послужи за основа на развитието на научните изследвания в страната.

Българската наука и LOFAR

Присъединяването на България към медународния LOFAR Телескоп представлява важна стъпка за българската астрономия и наука като цяло. Станцията на родна земя ще свърже България със свръх модерна мрежа от радиотелескопи, които имат потенциала коренно да променят виждането ни за Вселената. С LOFAR ние ще можем да придобием научни наблюдения от най-високо ниво и в същото време да обучаваме новите поколения учени за работа с тях. Членството ни ще бъде от полза за изследователи в широк кръг науки и технологии (от астрофизика до ИТ).

Досега радиоастрономията в България е развивана на база данни от чуждестранна изследователска техника. Заедно с НАО Рожен, LOFAR ще позиционира страната ни на челно място по астрономически възможности в Източна Европа. Ще разшири кръгозора и ще подтикне към нови изследвания българските учени. Ще привлече студенти от различни сфери: астрофизика, геофизика, математика, ИT и др. LOFAR ще отреди на България място до водещите в света държави по анализ на данни. Уменията за работа със софтуер и данни, които младите изследователи ще придобият от работата си с LOFAR, имат голямо търсене в бизнеса и ще отворят разнообразни възможности за реализация. Изследователите в България ще могат да участват в международни изследвания на основни въпроси за произхода и структурата на Вселената. Членството в LOFAR също ще увеличи ангажираността на младите хора с науката и ще вдъхнови бъдещите ни изследователи.

 Една от основните и стратегически цели на проекта е да подпомогне развитието на науката в България за превръщането ѝ във фактор за развитието на икономика, базирана на знанието и иновационните дейности.

Европа и българската LOFAR станция

Новото партньорство на България с другите членки на ILT (International LOFAR Telescope), ще подсили сътрудничеството в  областта на радиоастрономията в Европа. Стъпвайки на Балаканите, ILT ще получи  най-дългата си базова линия и ще повиши качеството на изображенията за всички астрономи в света. Досега ILT се разпростира на по-големи разстояния изток-запад от колкото север-юг в Европа. Присъединяването на България е стъпка към закръгляне на тази мрежа и базови линии от порядъка на 2500 км. Следователно ще се постигне по-добро запълване на UV равнината и качеството на изображенията ще се подобри. Достигнатите стойности за разделителната способност при базови линии 1000 и 2500 km са дадени в таблицата по-долу. Освен под-аркосекундни резолюции, ILT ще получи и видимост към обекти, разположени по-южно в небесната сфера.

Важно е да се подчертае, че досега работещите LOFAR станции се намират главно в северна и северозападна Европа. LOFAR-BG се очертава като най-далечната от основното ядро станции в Нидерландия. LOFAR-BG ще бъде както най-южната, така и най-източната наблюдателна станция! От подобна станция ще спечели не само нашата страна и българският астроном в частност, но и цялата европейска научна общност, от която България така или иначе е част. С LOFAR учените ни имат възможност да станат преки участници в най-новите астрономически открития наравно с държави като Германия, Великобритания, Франция, Нидерландия, Швеция и др.

Използвайки изключителния човешки потенциал на българските учени, реализирането на проекти като LOFAR България, ще даде силен тласък на науката на национално ниво и ще покаже, че България може да се нареди до  лидерите в областта на радиоастрономическите проучвания. Изграждането на LOFAR България ще даде на страната ни редица научни ползи:

• Участие в една от най-модерните радиообсерватории в Света;
• Лидерско място в радиоастрономическите изследвания на Балканите;
• Колаборация с топ световни учени в областта и възприемане на „ноу хау“;
• Участие на България в големи международни научни проекти;
• Възможност за обучение на  млади учени в различни сфери (от астрофизика до ИТ);
• Повече научни статии с висок импакт фактор;